Antenas: Princípios e Parâmetros

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ANTENAS 
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ANTENAS 
INTRODUÇÃO 
Pode-se definir uma antena como qualquer dispositivo que transmite e recebe 
ondas eletromagnéticas. 
Esta atua como um transdutor entre o meio irradiado (espaço) e o meio 
guiado (cabo coaxial, guia de onda). 
Por um lado a antena recebe a energia eletromagnética da linha de 
transmissão e transforma em energia capaz de se propagar no espaço. 
Essa energia pode ser direcionada para uma região do espaço. Dependendo 
dessa distribuição a antena vai ser classificada dentro de uma família (yagi, painel 
setorial, parabólica...). 
Por outro lado, a antena recebe a energia disponível no espaço e a 
transforma em energia capaz de se propagar numa linha de transmissão. 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
A abertura de uma LT que 
transporta uma onda 
eletromagnética guiada provoca o 
aparecimento de linhas de campo 
magnético e elétrico variáveis 
capaz de se propagar no espaço. 
 
PARÂMETROS 
Os parâmetros das antenas podem ser divididos em dois grandes grupos: 
Parâmetros de transmissão: 
Diz respeito à forma que a antena distribui a energia irradiada no espaço: 
 
Diagrama de irradiação, diretividade. 
Parâmetros de reflexão: 
Diz respeito à capacidade da antena absorver e re-irradiar a energia a ela 
enviada: 
 
Impedância, ROE, Perda de Retorno. 
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TEOREMA DA RECIPROCIDADE: 
UMA ANTENA SE COMPORTA IGUALMENTE EM RECEPÇÃO E EM TRANSMISSÃO 
 
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PARÂMETROS 
DIAGRAMA DE IRRADIAÇÃO 
Indica a distribuição no espaço da energia irradiada pela antena. 
O diagrama é tridimensional, ou seja, uma antena vai irradiar para todas as direções do 
espaço. Entretanto a energia estará sendo irradiada com intensidades diferentes para cada 
sentido (não confundir diagrama tridimensional com omnidirecional). 
Representações: 3D, Planos E, H (retangular, polar.) 
 
Representação tridimensional 
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
-40
-20
0
 
 
 
-180 -120 -60 0 60 120 180
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
G
an
ho
 N
or
m
al
is
ad
o
ângulo
 
Representação bidimensional na forma polar Representação bidimensional na forma retangular 
Os diagramas de irradiação dos planos E e H da antena são, na verdade, cortes do 
diagrama 3D. Estes cortes contêm, em ambos, a direção de propagação, além dos vetores 
campo elétrico (plano E) e campo magnético (plano H). 
A representação retangular é utilizada para antenas com feixe mais estreito (por 
exemplo, antenas parabólicas). 
 Cabe ressaltar a diferença entre planos E, H e planos horizontal (azimute) e vertical 
(tilt). 
Por exemplo, para um painel setorial o plano horizontal (azimute) representará: 
 O plano H se a antena é de polarização vertical; 
 O plano E se a antena é de polarização horizontal. 
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PARÂMETROS 
DIAGRAMAS DE IRRADIAÇÃO TÍPICOS 
Tipo de Antena Diagrama Tridimensional 
Diagrama Vertical 
(Elevação) 
Diagrama Horizontal 
(Azimute) 
 
Irradiador Isotrópico G = 0 dBi G = - 2,15 dBd Plano Elétrico Plano Magnético 
 
Dipolo de Meia Onda G = 2,15 dBi G = 0 dBd Plano Elétrico Plano Magnético 
 
Yagi de 5 elementos G = 8 dBi G = 5,85 dBd Plano Magnético Plano Elétrico 
 
 
 
Omnidirecional de seis 
dipolos 
G = 9,5 dBi 
G = 7,35 dBd Plano Elétrico Plano Magnético 
 
 
 
 
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Painel Setorial 
Polarização Vertical 
G = 12,5 dBi 
G = 11,35 dBd Plano Magnético Plano Elétrico 
 
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PARÂMETROS 
DIAGRAMA DE IRRADIAÇÃO – INFORMAÇÕES RELEVANTES 
Feixe de meia potência: range de direções em que o ganho da antena cai pela 
metade em relação ao maior ganho obtido. 
Também chamado de ângulo de meia potência ou ângulo de –3 dB. 
O feixe de meia potência é um dos parâmetros mais relevantes na caracterização de 
uma antena, pois define a região de maior atividade da antena. 
Essa informação é primordial para planejamentos de setorização, repetição e outras 
soluções comumente implementadas em sistemas de rádio comunicações. 
À medida que o feixe de meia potência se estreita, a antena está concentrando a energia 
irradiada num range menor de direções, aumentando a diretividade. 
Feixe entre nulos: margem de direções em que a radiação do lóbulo principal cai a 
zero. Indica os limites do mesmo. 
0
60120
180
240 300 - 3 dB
- 3 dB
 
 
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
 
Feixe de meia potência Feixe entre nulos 
Nível de lóbulos secundários: relação entre o máximo de irradiação dos lóbulos 
secundários e o máximo de irradiação do lóbulo principal (LP). 
Relação frente-costas: relação entre as amplitudes do LP e a amplitude deslocada 
180° do mesmo. 
Essa informação se torna muito relevante a partir do momento que se trabalha em rádio 
enlaces com alto nível de interferência. 
Neste caso se busca a minimização destes lóbulos para que as fontes interferentes 
adjacentes ao rádio enlace exerçam pouca influência. 
Quanto mais baixo o nível de lóbulos secundários, melhor vai ser a relação sinal ruído do 
rádio enlace. 
A priori, à medida que aumenta a diretividade da antena, o nível de lóbulos secundários 
diminuem, e a relação frente-costas aumenta. 
P m
P o p
Relação frenteRelação frente--costascostas
Nível de lóbulos secundáriosNível de lóbulos secundários
P m
P o p
Relação frenteRelação frente--costascostas
Nível de lóbulos secundáriosNível de lóbulos secundários
 
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PARÂMETROS 
DIAGRAMA DE IRRADIAÇÃO – FUNÇÃO DIRETIVIDADE 
Função diretividade: razão entre a densidade de potência irradiada pela antena e a 
densidade de potência irradiada por uma antena isotrópica, a uma mesma distância. 
A antena isotrópica é uma antena fictícia que irradia igualmente em todas direções do 
espaço. 
O valor da função diretividade, em uma certa direção, pode ser maior ou menor que a 
função diretividade de uma antena isotrópica. 
Diretividade: valor máximo da função diretividade. Define o ganho da antena. 
 
Em geral a diretividade e o ganho de uma antena são expressos em escala logarítmica. 
 A unidade usada será o dBi quando a referência for o dipolo isotrópico e dBd quando a 
referência for o dipolo de meia onda. 
Para conversão de unidades: 
 
dBi = valor em dBd + 2,15 
 
Na análise do diagrama de irradiação de uma antena, a função diretividade é 
normalizada, ou seja, a mesma é dividida pelo módulo da diretividade (máximo da função). 
Na prática isso significa que a função diretividade passa a ter um valor máximo de 1 (ou 0 dB 
numa escala logarítmica). 
IMPEDÂNCIA E ADAPTAÇÃO 
 
 
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Os dispositivos de RF são caracterizados 
pela suas impedâncias terminais. 
A impedância expressa a relação entre 
tensão e corrente nos terminais de um 
dispositivo. 
 O parâmetro impedância é composto de 
duas partes: uma resistiva (parte real), que 
dissipa e uma reativa (parte imaginária) que 
armazena energia. 
No caso de sistemas de RF, os padrões de 
impedância mais utilizados são: 50 Ohms (Rádio) 
e 75 Ohms (TV). 
jXRZ +=
 
 
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ANTENAS 
IMPEDÂNCIA E ADAPTAÇÃO – ROE E PERDA DE RETORNO 
No caso em que não se cumpra a 
relação entre as impedância terminais, 
parte da potência enviada pelo rádio para 
antena será refletida, causando um 
descasamento de impedâncias. 
A adaptação (casamento) de 
impedâncias é dada por duas grandezas: 
- ROE: Relaçãode Onda Estacionária 
(VSWR); 
- Perda de Retorno (Return Loss) 
Potência Incidente
Potência Refletida
Potência Útil
Linha de Transmissão
Antena
Conector da AntenaGerador
 de RF
Potência Incidente
Potência Refletida
Potência Útil
Linha de Transmissão
Antena
Conector da AntenaGerador
 de RF
 
O DESCASAMENTO DE IMPEDÂNCIA GERA EFEITOS INDESEJADOS NO SISTEMA DE RF 
COMO: PERDA DA EFICIÊNCIA DO ENLACE (MENOR ALCANCE) E DIMINUIÇÃO DA VIDA ÚTIL 
DO RÁDIO (DEVIDO A AQUECIMENTO CAUSADO PELA POTÊNCIA REFLETIDA). 
 
ROE: Índice que expressa a amplitude 
do coeficiente de reflexão. Para que uma 
antena esteja perfeitamente adaptada o ROE 
deve ser igual a 1 ao longo de toda a banda. 
Na prática a relação de onda estacionária 
não é igual a 1 ao longo de toda a banda (a 
antena é uma estrutura estática e seu 
comportamento varia com a freqüência). 
Perda de Retorno (RL): expressa a 
mesma medida, porém em escala logarítmica. 
- ROE = 1,2:1 Î 99% da energia é irradiada, 1% é refletida; 
- ROE = 1,5:1 Î 96% da energia é irradiada, 4% é refletida; 
- ROE = 2,0:1 Î 90% da energia é irradiada, 10% é refletida. 
 
- RL = -40 dB Î ROE ≈ 1,2:1; 
- RL = -30 dB Î ROE ≈ 1,5:1; 
- RL = -20 dB Î ROE ≈ 2,0:1. 
GANHO 
É o parâmetro que une as características de 
diagrama de irradiação com as características de 
impedância. 
O ganho dá a informação da capacidade da 
antena concentrar a energia recebida numa 
determinada direção, ponderada pela capacidade da 
mesma absorver a energia enviada pelo rádio e 
irradiá-la. 
DG t ⋅=η
EficiênciaEficiência
DiretividadeDiretividade
 
 
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PARÂMETROS 
LARGURA DE BANDA 
Margem de freqüência em que a antena é operativa, ou seja, seus parâmetros não 
variam demasiadamente. 
Toma-se, a priori, a largura de banda em relação a diretividade, porém somente será 
válida se o ROE (ou a perda de retorno) estiverem satisfatórias ao longo da faixa considerada. 
 
POLARIZAÇÃO 
É a figura que descreve o campo elétrico em um ponto fixo do espaço. 
Casos: 
- Linear (yagis, parabólicas vazadas, omnidirecionais); 
- Circular: helicoidais, painéis com polarização circular, parabólicas para comunicação 
via satélite). 
 
ISOLAÇÃO POR POLARIZAÇÃO CRUZADA (CROSS POLARIZATION) 
 
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Parâmetro que mede a “pureza” de 
polaridade do campo elétrico irradiado por uma 
antena. 
O campo elétrico de uma antena linear 
(polarização vertical ou horizontal) pode ser 
decomposto em dois vetores perpendiculares. 
A isolação por polarização cruzada indica a 
relação entre as amplitudes desses dois vetores. 
É desejável ter a maior isolação possível, 
assim os espúrios provenientes de outras fontes 
não co-polares serão altamente atenuados. 
 
Campo Elétrico
Co - Polar 
Campo Elétrico 
“Cross-Polar ” Direção de
Propagação
Campo Elétrico
Co - Polar 
Campo Elétrico 
“Cross-Polar ” Direção de
Propagação
 
 
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FAMÍLIAS DE ANTENAS 
INTRODUÇÃO 
Os tipos de antenas são infinitos, porém podem ser concentrados em alguns grupos 
ou famílias. 
Essas famílias são definidas basicamente pelas características do diagrama de 
irradiação, o que definirá também sua aplicabilidade (antenas para setorização, para 
estações móveis, para longas distâncias). 
 
A seguir descreveremos algumas das famílias mais utilizadas: 
 Arranjo Colinear de Dipolos 
 Omnidirecionais; 
 Painéis de Baixo Perfil (Flat); 
 Painéis Setoriais; 
 Parabólicas Sólidas; 
 Parabólicas Vazadas; 
 Yagis. 
ARRANJOS COLINEARES 
Utilização: cobertura de sistemas em baixa 
freqüência. Seu feixe horizontal é de 360° e apresenta 
um ripple (variação) no ganho, no plano horizontal, 
devido à presença de um mastro refletor. 
Vantagens: Configuração do diagrama 
(conforme a disposição dos dipolos). 
Desvantagens: grandes dimensões, alto nível 
de lóbulos secundários Polarização: Vertical ou 
Horizontal. 
Diagrama típico: Tipo “rosca”. O aumento do 
ganho é obtido através do empilhamento de dipolos. 
O diagrama afina à medida que aumenta o 
ganho. A alimentação dos dipolos é feita, geralmente, 
através de divisores de potência. 
Ganhos típicos: De 2,15 a 8 dBi 
Freqüências típicas: Entre 100 MHz e 400 
MHz. 
 
 
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FAMÍLIAS DE ANTENAS 
OMNIDIRECIONAIS 
Utilização: cobertura de sistemas celulares, 
equipamentos que requerem mobilidade, etc. Seu 
feixe horizontal é de 360° e o feixe vertical se 
estreita à medida que aumenta o ganho. 
Vantagens: boa relação custo-benefício. 
Desvantagens: maior sujeição a captação de 
ruídos, dificuldade de implementar sistema de 
down-tilt. 
Polarização: Vertical ou Horizontal. 
Diagrama típico: Tipo “rosca”. O aumento 
do ganho é obtido através do empilhamento de 
dipolos. 
O diagrama afina à medida que aumenta o 
ganho. 
Ganhos típicos: De 2,15 a 15 dBi 
Freqüências típicas: Acima de 400 MHz. 
PAINÉIS DE BAIXO PERFIL (FLAT) 
 
Utilização: links ponto a ponto ou ponto-
multiponto, para ponta do cliente. 
Vantagens: estética adequada, facilidade na 
montagem e alinhamento. 
Desvantagens: baixo ganho. 
Polarização: Vertical ou Horizontal, Circular 
Diagrama típico: Tipo “pincel” (plano vertical e 
horizontal semelhante). Abertura dos planos E e H 
parecidos. 
Ganhos típicos: De 8 a 25 dBi 
Freqüências típicas: Acima de 2 GHz. 
PAINÉIS SETORIAIS 
 
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Utilização: ERB’s, POP’s, pontos de acesso (em áreas 
com maior tráfego), aplicações específicas, etc. 
Vantagens: flexibilidade na configuração do cluster, 
maior isolação de ruídos provenientes de outras direções, 
iluminação de pontos específicos (indoor). 
Desvantagens: pior relação custo-benefício. 
Polarização: Vertical ou Horizontal, +/- 45° (GSM, 
sistema de telefonia celular) 
Diagrama típico: Tipo “leque” (plano horizontal 
semelhante a um leque aberto) Maior abertura no plano 
horizontal, para setorização. Seu feixe horizontal varia de 60° a 
120°. 
Ganhos típicos: De 9 a 18 dBi 
Freqüências típicas: Acima de 800 MHz. 
 
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FAMÍLIAS DE ANTENAS 
PARABÓLICAS – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
Consiste em uma antena (alimentador) que ilumina um refletor parabólico. Este re-
irradia essa energia na direção de máximo ganho. 
Seu ganho é elevado, conseqüentemente possui pequeno ângulo de abertura. 
São utilizados para enlaces de grandes distâncias. 
Refletor 
Parabólico
Alimentador
Ponto Focal
Refletor 
Parabólico
Alimentador
Ponto Focal
Fora de Centro
Focal Point Off - Set
Refletor 
Parabólico
Alimentador
Ponto Focal
Refletor 
Parabólico
Alimentador
Ponto Focal
Fora de Centro
Focal Point Off - Set
 
PARABÓLICAS SÓLIDAS 
Utilização: enlaces de grandes distâncias 
ou que exijam uma alta performance do 
diagrama de irradiação. Os feixes são estreitos 
devido à alta diretividade das antenas. 
Vantagens: maior imunidade a ruídos, 
maior ganho com menos área. 
Desvantagens: maior custo. 
Polarização: Vertical ou Horizontal, 
Circular (Satélite). 
Diagrama típico: Tipo “pincel”. Maior 
relação frente-costas e nível de lóbulos 
secundários. 
O aumento da diretividade é obtido pelo 
aumento da área do prato. 
Ganhos típicos: Acima de 20 dBi. 
Freqüências típicas: Acima de 2,4 GHz. 
Desvantagem: Maior carga de vento. 
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300
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PARABÓLICAS VAZADAS 
Utilização: enlaces de grandes distâncias, para faixa 
alta de UHF. 
Para atingir tais ganhos os pratos parabólicos são 
muito grandes,e a área de ventos dos mesmos passa a ser 
um problema. 
Vantagens: alto ganho, pouca carga de ventos para 
as torres. 
Desvantagens: dificuldade de transporte. 
Ganhos típicos: Entre 17 e 35 dBi. 
Freqüências típicas: Entre de 800 MHz e 2,4 GHz. 
 
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FAMÍLIAS DE ANTENAS 
YAGIS 
São antenas compostas de um refletor (simples ou grade) um dipolo (simples ou 
dobrado) e diretores. 
Utilização: enlaces de grandes distâncias e baixas freqüências (VHF, UHF baixa). 
Vantagens: peso, facilidade de transporte e montagem, baixa carga de vento. 
Desvantagens: limitação no ganho (o incremento no ganho para antena acima de 
17 dBi fica inviável fisicamente). 
Polarização: Vertical ou Horizontal. 
Diagrama típico: Tipo “pincel”. O aumento da diretividade é obtido pelo aumento 
do número de elementos e, posteriormente, pelo agrupamento de várias antenas por um 
divisor de potências. 
Ganhos típicos: Entre 6 e 25 dBi. 
Freqüências típicas: Entre de 30 MHz e 2,4 GHz. As yagis de freqüências acima 
de 1,5 GHz necessitam o uso de radome, para proteção da água da chuva. 
 
ANOTAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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